缺乏水文資料的設計入庫洪水計算
——以新疆吉木乃縣塔斯特水庫為例

程 凡

(新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

塔斯特水庫地處新疆阿勒泰地區(qū)吉木乃縣境內(nèi)，行政隸屬于吉木乃縣托斯特鄉(xiāng)，距吉木乃縣城東南方36 km，水庫位于塔斯特河中游、塔斯特河與色仍喀臘尕河的匯合口處。塔斯特水庫是一座攔河式中型水庫，壩型為混凝土面板堆石壩，工程等別Ⅲ等，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。水庫的主要任務是解決吉木乃縣托斯特鄉(xiāng)及青年牧場共0.333 3×104hm2農(nóng)田、草場的灌溉用水、鄉(xiāng)村生活用水及少量工業(yè)用水，是吉木乃縣最大的水利工程之一。

2 參證站設計洪水

塔斯特河流域洪水資料不足，本次與塔斯特河處于同一氣候區(qū)的哈拉依敏水文站、科克克也木也爾水文站作為參證站進行設計洪水計算。根據(jù)國家行業(yè)標準《水利水電工程設計洪水計算規(guī)范》(SL 44-2006)的要求，參證站哈拉依敏站具有41年(1962-2002年)連續(xù)的實測洪水資料，洪水系列較長，符合有關技術規(guī)范的要求，無需進行系列插補延長。而科克克也木也爾站只有13年(1981-1993年)連續(xù)的實測洪水資料，洪水系列較短，若對系列進行插補延長，不符合有關技術規(guī)范的要求，故不進行系列插補延長[1]。分別采用頻率分析法和長短系列訂正法對以上參證站進行設計洪峰流量及1，3，5日洪量計算。

2.1 哈拉依敏設計洪峰流量及洪量計算

哈拉依敏站的設計洪峰流量、洪量采用頻率分析法計算。根據(jù)哈拉依敏站的洪水資料，采用年最大值選樣，選取年最大洪峰流量及各時段洪量系列，在運用矩法對系列統(tǒng)計參數(shù)估算的基礎上，用適線法選配P-Ⅲ型頻率曲線，推算哈拉依敏站設計洪峰流量及各時段洪量。哈拉依敏站設計洪水計算成果見表1和圖1-圖3。

表1 哈拉依敏站設計洪峰流量及洪量成果表

圖1 哈拉依敏站最大1日洪量頻率曲線圖

圖2 哈拉依敏站最大3日洪量頻率曲線圖

圖3 哈拉依敏站最大5日洪量頻率曲線圖

2.2 科克克也木也爾站設計洪峰流量及洪量計算

科克克也木也爾站缺乏可靠的歷史洪水調(diào)查成果，為了充分利用該站已有的水文資料，其設計洪峰流量、洪量采用長短系列訂正法計算。

根據(jù)科克克也木也爾站和哈拉依敏站的洪水系列資料，分別用哈拉依敏站的洪峰流量及各時段洪量長短系列均值和科克克也木也爾站洪峰流量及各時段洪量短系列均值，采用長短系列訂正法求出科克克也木也爾站洪峰流量及各時段洪量長系列均值，然后借用哈拉依敏站的洪峰流量及各時段洪量系列統(tǒng)計參數(shù)Cv，Cs值，推算科克克也木也爾站的設計洪峰流量及各時段洪量?？瓶丝艘材疽矤栒驹O計洪水計算成果見表2。

表2 科克克也木也爾站設計洪峰流量及洪量成果表

3 設計入庫洪水

由于塔斯特河流域洪水資料缺乏，設計入庫洪水分析計算遵循多種方法、綜合分析、合理選用的原則，針對塔斯特流域的洪水成因及其特性，分別采用在無資料或缺乏資料地區(qū)小流域設計洪水計算中常用的洪峰洪量模數(shù)法、地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法和推理公式法等3種方法進行塔斯特水庫設計入庫洪峰流量及各時段洪量的分析計算。

3.1 洪峰及洪量模數(shù)法

根據(jù)哈拉依敏站的設計洪峰流量及各時段洪量，選用參證站設計洪峰流量及各時段洪量模數(shù)，采用洪峰、洪量模數(shù)法估算出設計入庫洪峰流量及各時段洪量。塔斯特水庫設計入庫洪峰流量及各時段洪量計算成果見表3。

表3 塔斯特水庫設計入庫洪峰流量及洪量成果表

3.2 地區(qū)洪峰及洪量模比系數(shù)綜合頻率曲線法

3.2.1 歷史洪水洪量估算

根據(jù)1988年塔斯特水庫壩址處的實測最大洪峰流量和各時段洪量及1957年的歷史洪水調(diào)查值等洪水資料，采用地區(qū)洪峰、洪量模比系數(shù)綜合頻率曲線法，分別求出1988年實測洪水的最大洪峰流量及各時段洪量的峰量比系數(shù)，再用其峰量比系數(shù)，估算出歷史洪水各時段洪量[2]。塔斯特河1957年的歷史洪水各時段洪量估算成果見表4。

表4 塔斯特河實測洪峰及洪量和歷史洪水洪峰及洪量成果表

歷史洪水各時段洪量計算公式如下：

式中：Wsd，Ws88分別為各時段歷史洪水洪量調(diào)查估算值和1988年實測洪量，106m3，s=1，3，5日；Qmd，Qm88分別為歷史洪水最大洪峰流量調(diào)查值和1988年實測最大洪峰流量，m3/s，m=1，3，5日。

3.2.2 設計入庫洪峰及洪量推求

選用科克克也木也爾站、哈拉依敏站、卡瑯古爾站、克拉他什站、群庫勒站、庫威站等6處參證站的洪峰流量和各時段洪量系列，分別繪制該地區(qū)洪峰流量和各時段洪量模比系數(shù)綜合頻率曲線，采用塔斯特河1957年的歷史洪水洪峰流量和各時段洪量調(diào)查估算值(重現(xiàn)期為47年)，推算出設計入庫洪峰流量及各時段洪量。塔斯特水庫設計入庫洪峰流量及各時段洪量及其模比系數(shù)Kp計算成果見表5。

表5 塔斯特水庫設計入庫洪峰流量、洪量及其模比系數(shù)Kp計算成果表

設計入庫洪峰及各時段洪量計算公式如下：

式中：Qmp，Qmd分別為設計入庫洪峰流量和歷史洪水洪峰流量，m3/s，s=1，3，5日；Wsp，Wsd分別為各時段設計入庫洪量和歷史洪水洪量，106m3；KfP，Kfd分別為設計入庫洪峰流量和歷史洪水洪峰流量模比系數(shù)；KSP、KSd分別為各時段設計入庫洪量和歷史洪水洪量模比系數(shù)。

3.3 推理公式法

選用吉木乃氣象站最大1日降水量42年(1961-2002年)連續(xù)降水系列進行頻率計算，求出吉木乃氣象站設計最大1日降雨量。根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)可能最大暴雨圖集》，選用該區(qū)域最大1日降雨量與最大24 h降雨量折算系數(shù)K1=1.13和暴雨點面折算系數(shù)K2=1.06，求得該流域設計最大24 h面降雨量[3]。吉木乃氣象站設計暴雨計算成果見表6，塔斯特水庫設計入庫洪峰流量計算成果見表7。

表6 吉木乃氣象站設計暴雨成果表

表7 塔斯特水庫設計入庫洪峰流量成果表

3.4 設計入庫洪水計算成果推薦

根據(jù)對上述3種方法推算出4種塔斯特水庫設計入庫洪水計算成果，可以看出：

洪峰、洪量模數(shù)法計算成果均偏小，特別是以科克克也木也爾站為參證站的計算結果更為明顯。這主要因為參證流域面積與設計流域面積相差較大所致，故不予推薦洪峰、洪量模數(shù)法計算成果。

推理公式法的計算成果偏大，因為使用推理公式所需確定的參數(shù)較多，且缺少流域實測降水觀測資料和該區(qū)域相關實驗分析數(shù)據(jù)，參數(shù)的選用任意性較大，只能折算移植其他站點的降水資料和借用其它地區(qū)的實驗分析數(shù)據(jù)，從而影響計算成果的不確定因素和人為因素較多，任意性較大，故不予推薦推理公式法計算成果。

地區(qū)洪峰流量、洪量模比系數(shù)綜合頻率曲線法充分考慮了區(qū)域河流洪水要素統(tǒng)計分布特性的地域性規(guī)律，并綜合歷史洪水調(diào)查成果，具有一定的合理性。塔斯特河1957年歷史洪水調(diào)查成果較可靠，對控制50年一遇設計洪水的洪峰流量十分重要。對其計算成果與歷史洪水調(diào)查成果分析表明，該方法計算成果較合理，所以推薦采用地區(qū)洪峰流量、洪量模比系數(shù)綜合頻率曲線法計算成果。

4 設計入庫洪水成果的合理性檢查和分析

由塔斯特水庫入庫設計時段平均流量與歷時關系曲線綜合圖(圖4)可明顯看出，時段設計平均流量隨歷時增加而逐漸減小，同一時段設計平均流量隨頻率的增加而漸次降低，各時段設計平均流量曲線互不交叉，位置無突出與偏離，符合正常規(guī)律，基本合理。

圖4 塔斯特水庫設計時段平均流量與歷時關系曲線綜合圖

由塔斯特水庫壩址設計時段洪水系列Cv，Cs值與歷時關系曲線綜合圖(圖5)可明顯看出，洪水系列統(tǒng)計參數(shù)Cv，Cs值也同樣隨歷時增加而逐漸減小，符合一般規(guī)律，基本合理。

圖5 塔斯特水庫設計時段洪水系列Cv和Cs值與歷時關系曲線綜合圖

通過以上成果的合理性檢查和分析表明，采用地區(qū)洪峰、洪量模比系數(shù)綜合頻率曲線法推算的塔斯特水庫設計入庫洪水成果基本合理。